Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние полива .... температурой на урожайность сельскохозяйственных культур в Ферганской долине

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Влияние полива .... температурой на урожайность сельскохозяйственных культур в Ферганской долине"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 3EAUZWÍ ГЙДРОЬЗЕЛКОРАТШЗЖ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Esuüi'ja РАКЗДИ гглгаяшм

У/V^ С31.

ШЕИПЗ твт воурл с гсг-^ггагг: тггяттгс:* ГУ*

УЛШЯЖЯЬ СЗД£ВД1СС:ГЭТЛ8Я21!Х ПУ2МУ? 3

Специальность 05.01.02 - мелиорация и орошаэше зеыледэглэ

Аиторофера? Дасгэртацил на сокскзкпс' /-.VHÛIÎ степё-л: кандидата те^^зек:::: наук

ШСлВЛ - 1933 г.

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций Московского гидромелиоративного института- . |

Научные руководители: доктор технических наук, профессор А. М кандидат сельскохозяйственна наук, профессор

Е. Е.

0£ицкалькыэ оппоненты: доктор технических наук, профессор В А. СУУПН, кандидат 'сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник 'Р. Я, и?££зШ&Ж\

Ведущая организация - Авдихансккй обздстноР. Агропро^юоюс.

. Заизгга состоится "1993 года в^^чагоЕ на заседании Специализированного сог-эта по присуждению ученой степени кандидата технических _ наук К 120.16. С2 н У_зско2пксм гидромелиоративной институте по адресу: у.г. Прянишикотеа, 19, МГШ ауд. -£01.

Отгьжы на агторефс-рат з двух экземплярах, зазерепкые печатью, просим напргшить по указанному адресу учечоцу секретари совета.

С диссертацией ыожко ознакомиться в библиотек института.

Автореферат разослан года.

Ученый секретарь Специализированного сонета -кандидат технические: паук,

дсцеат Т. И. Оул^пкяа

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.- Интенсивное освоение земель и рост населения в Средней Азии резко увеличили дефицит воды. Для решения ■ проблемы дефицита водных ресурсов в Среднеазиатском регионе на крупных реках, имеющих снегсЕО-ледниковый тип питания, в последние годы построен ряд водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования: Кайракумское, Чардарьинское, Токтогульское, Андижанское, Нурекское, Туямуюкское и др. Особенностью этих водохранилищ является высокий уровень заполнения, что при ледниковом типе питания приводит к плохой прогреваемости водной толщ (глубина некоторых из них достигает 300 м). Еодозабор осуществляется с глубины около 50 метров, поэтому в нижний бьеф вдет сброс холодной воды и в каналах, расположенных непосредственно за плотиной и на некотором расстоянии от нее веской и в первую • половину лета температура воды стала значительно ниже, чем до создания водохранилища. Для Еурекского водохранилища температура сбросной воды в НБ составила 11°С для июля-августа, для Андижанского водохранилища - 3. .ЛЗаС, Токтогульского - 7. ..11°С.

В 1978 году на реке Кара-Дарья началось заполнение Андижанского водохранилища, способного поддерживать водссбеспече-ность 500 тыс. га земель в Ферганской долине. Так как из-за наличия ГЭС водозабор из водохранилища производится в основном из нижних горизонтов, то вода на орошение идет з магистральный канал с температурой 15. ..17°С, что на 5.. .10°С ниже требуемой для нормального развития растений. Это в конечном итоге сказалось на сроках созревания и урожайности сельскохозяйственна культур, выращиваемых на землях, орошаемых водой с пониженной • температурой. В настоящее время ке имеется научно обоснованных данных по определению потерь тепла и снижения температуры кор-необитаемой зоны почвы при поливе еодой с пониженной температурой. Существующие способы орошения и выращиваемые сорта хлопчатника не учитывают изменившиеся условия (ухудшения га-честна оросительной воды и микроклимата).

Вышеизложенные обстоятельства определяют актуальность исследований по обоснованию методики расчета теплового режима | почвы и технологии орошения сельскохозяйственных культур при полиеэ водой с пониженной температурой.

ЦЕЛЬ Л ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ Целью наших исследований является обоснование методики расчета теплового режима почвы при поливе ' и внедрение рекомендаций и совершенных технологий, позволяющих

снизить негативное, влияние полива водой-с пониженной температурой на урожайность хлопчатника.

Для реализации поставленной цели, на оросительной сети Ферганской долины и опытно-производственных участках наш были проведена исследования по изучению изменения теплового режима оросительной воды от водохранилищ до поливной борозды, и ре-прлись следующие задачи:

- изучение закономерности формирования водного и теплового режимов при поливе водой с пониженной температурой;

- установление особенности ' орошения хлопчатника водой с пониженной температурой;

-.разработка техники и технологии.поверхностного полива 'водой с пониженной температурой, обеспечивающих .рациональное использование еодных ресурсов и повышения производительности труда поливальщиков;. ... -х .. ...

- разработка метода количественной оценки снижения термических ресурсов почвы'при поливе еодой с пониженной температурой и их влияния на продуктивность хлопчатника;

- разработка рекомендаций по снижению негативного .влияния . цолиЕа водой с пониженной температурой;

определение основных технико-экономических, показателей и экономического эффекта в результате мероприятий, направленных на снимание негативного влияния полива водой с пониженной температурой; '■ .

МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ ИСС.ЛЕДОЕАНИЙ. Опытные поливы, -режимные..наблюдения экспериментальные и исследовательские работы проводились в рамках экспедиции кафедр сельскохозяйственных гидротехнических медкораций и гидравлики Московского гидромелиоративного института в 1985.. .1990 гг.' на оросительной сети Ферганской долины, на опытно-производственных участках, расположенных на землях совхоза Т. Мирзаева Андижанского района и колхоза им. Куйбьсева КургаНтепинского района Андижанской области. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ была разработана на основе методов планируемого опытно-производственного эксперимента, методов математической статистики и.системного анализа. Проводилось изучение вопросов, связанных с исследованиями изменения температурного режима оросительной воды в мелиоративной сети Ферганской долины как на крупных каналах, так и на орошаемом поле. Кроме того, на фйзической модели борозды и опытно-производственных

астках проводилось изучение процесса тепло- к массоперекоса почве при поливе водой с различной температурой, проводились :перименталъкые исследования технологических параметров полп-иленовых распределительных лотков, результаты которых обобщись с применением математических моделей. УЧНАЯ НОВИЗНА. В результате анализа литературных данных и бственных исследований выявлена гона влияния Андижанского во-хршпшаца, в которой наблюдалось максимальное снияэнке уро-йности хлопчатника. Определена степень прогреваемости ороси-льной воды при движении по мелиоративной сети от нижнего ефз водохранилищ до сброса в конце борозды. Определена зэ-чика снтсенпя температуры коркеобитаемой зоны при поливе во-■й с пониженной температурой. Еыязлена зависимость сроков со-(ввания, количества и качества урожая хлопчатника от темпера-ры поливной воды.

На основе современных представлений теорий тепло- и шс-»перноса в почве предложены рекомендацип, позволяющие снизить >гати2кое влияние полива водой с понпу.энной температурой. 3АНТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ данной диссертационной работы заклачает-I в следующем:

- разработана мате!,этическая модель, позволяющая подсчи-1ть количество тепла почвы, идущего на нагревание холодной зосительной воды и определить снижение температуры корнеоби-аемой зоны в конце полива;

- предложены рекомендации, позволяющие уменызгть негатив-эе влияние полива водой с понш-энной температурой на уро.тлй-зсть хлопчатника и определены технологические параметры олизтклэнозого распределительного лотка.

ПРОБАЦЕЯ РАЕОГЫ Основные положения диссертации доложены на аучно-технических конференциях МГШ (Москва, 1983,' 1839); а на Всесоюзной научно-технической конференции "Регулирование одного режима дренированных минеральных почз" (ЛитСХА, Кау-. ас, 1337); на Всесоюзной научно-технической конференции "По-ышенпе эффективности использования водных ресурсов з сельском оэяйстве" (Новочеркасск, 1989); на научно-технической кофе-енции "Еопросы освоения предгорных склонов и пути улучшения элиоратигного состояния старопахотных земель" (Андижан, 1933) ; на областной научно-технической конференции молодых ученых и пециалистов посвященной 70-летии ВЛКСМ (Андижан, 1933); , на

технических советах П/О "Андижанремвод" (Андижан, 1998) и Андижанского областного агропрома (Андижан, 1939). ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертации опубликовано 4 печатные работ! написано 4 научно-технических отчета.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Предложенная в работе методика расчета теплового- режима почеы при поливе использована при определеши плановой урожайности хлопчатника для земель, находящихся в зоне влияния Андижанского водохранилища. Построена опытная система полива хлопчатника при помост распределительных полиэтиленовых гофрированных лотков.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти гдаз, выводов, рекомендаций и приложения. Объем работы 469 страниц, в том числе 21 таблиц, 35 рисунков и приложений. Список литературы вкачает 147 наименований, из них 7 работ зарубежных авторов. ,

В основу работы положены исследования, выполненные автором с 1935 по 1990 'годы.

Автор выражает благодарность за большую промощь при выполнении работы научным руководителям - доктору технически: наук, профессору А. И. Голованову и кандидату сельскохозяйственных наук, профессору Б. Е. Ермаковой, кандидатам технических наук А. П. По лад-заде и А. Б. Гейку, .научным сотрудникам С. А. Максимову и А. И. 1£аслову, сотрудникам НИС, кафедр сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций и гидравлики МГШ.

ОСНОЕКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первая глава приведены особенности природных условий дан статистический анализ и взамосвязь между урожайность] хлопчатника, температурой воздуха, воды в оросительной сен Серганской долины.

Климат Серганской долины характеризуется сухостью, резко; коктикектальнссть» и большой продолжительностью безморозное периода. Среднегодовая температура воздуха составляет +13.1°С что позволяет выращивать ценные сельскохозяйственные культуры основной из которых является хлопчатник.

Для решения этой проблемы дефицита воды построен ряд В1 дохранилищ сезонного и многолетнего регулирования. Особенност: этих водохранилищ является еысокий уровень заполнения, что п] ледниковом типе питания приводит к плохой прогреваемости вод»

- б -

тощи. Поэтому в нижний бьеф идет сброс холодной воды (рис.1).

Для изучение температурного режима еоды в оросительной сети в составе экспедиции ИКС ШШ в 1985... 1986 гг. автором были проведены натурные исследования теплового режима в оросительной сети старшего порядка - Большого Серганского какала (БФК), Большого Андижанского канала (БАК), КмноФерганского канала (ГОК), канала Шарихансай. Измерялись мгновенная скорость, расход, температура вода Исследования показали, что на прогрев воды в канале влияет скорость потока, осветленкость воды и геометрические параметры канала. Полученные результаты показали, что увеличение тепературы по длине в крупных каналах составляет примерно 1 на каждые 30... 40 км. Вода в мелких каналах прогревается быстрее, причем чем ниже порядок канала, тем больше прогрев. Так например, для внутрихозяйственных каналов (средний расход воды до 10 куб. м/с и глубина менее 2 м) прогрев составляет 1°С на 5. ..10 юл длины.

При движении по оросительной сети вода не успевает в достаточной мере, прогреться до поступления на поле и охлаждает почву и приземные слои воздуха, что оказывает негативное влияние на развитие корневой системы и наземной мзссы растений.

11 В. Нухамеджанов, А. 3. Закиров, А. Н. Бабушкин, К. Глупенков, X. X. Енилеев и многие другие исследователи занимались изучением влияния внешних факторов на рост и развитие хлопчатника, в частности теплового режима почвы. Эти исследования показали, что температура коркеобитаемого слоя почвы сказывается нэ только на росте и развитии, но и существенно злияет на сроки созревания и' урожайность хлопчатника.

. В результате ввода в эксплуатацию Андижанского водохранилищ (1378 г.) в районах, близко прилегающие к нему, изменился микроклимат. Анализ средней температуры воздуха по данным метеостанций Андижанской области, расположенных на различном удалении от водохранилища показал, что сумма положительных температур (с 11. IV по 20. X) в 1981... 1933 гг. в Кургантепинс-ком (метеостанция "Савай")", находящемся на расстоянии 20 км от водохранилища до геометрического центра района, Ленинском ("Андижан", 60 км) и Избасканском районах ("Пайтуг", 70 км) снизилась на 60°С, 20°С и 18 °С соответственно. Лишь в Бозсксм районе ("Насредйнбек", 110 км), средняя сумма положительных температур возросла на 41 °С и.достигла величины 3711°С.

Т,°с /8

/б

/4

/г

/О

8

О О >___ ; п ■ 1 . 0 —— о *

■ О • • — 7 • ■ ' - - """ ъ I - > >

< + £ - ч - и

о о >

* * ■ ■ • + • +

3 J * — + -- — —

I 1 1 I ______1 ! I 1 + |

/966 68 70 72 74 годы ™ ** ^ ^

Рис. 1. Температура воды в нижем бьефе Андижанского водохранилища /по даным Управления эксплуатации водохранилища/. Средняя температура за : о - IV. ..IX; +- IV... VI.

Основные сорта хлопчатника, высеваемые на территории Средней Азии, - среднеспелые. Это объясняется тем, что в отличие от скороспелых сортов хлопчатника, они дольше плодоносят и могут давать до 4. ..5 сборов хлопка-сырца (у скороспелых 1...2 сбора). Для различных сортов хлопчатника, по данным Андижанского агрометеобюро построены кривые теплообеспеченности за 1971... 1983 гг. В качестве критерия оценки теплообеспеченности нами использовано значение суммы положительных температур, необходимой для вызревания среднеспелых (3300°С) и скороспелых сортов хлопчатника (3670°С). Анализ полученых кривых показал, что для созревания среднеспелых сортов хлопчатника в Ленинском, и Еозском районах тепла вполне достаточно и теплообеспе-ченность составляет 80% и 83% соответственно. В Кургантепинс-ком районе термических ресурсов для вызревания среднеспелых сортов хлопчатника недостаточно.

.В районах, находящихся в зоне влияния водохранилищ (Кур-гантепинский, Джалалкудукский, Ходжаабадский) урожайность во втором периоде снизилась в среднем на 2... 7 ц/га- по сравнению с первым. В районах, находящихся на расстоянии 80... 100 км от водохранилища (Московский, Балыкчинский, Комсомолабадский) снижение урожайности было незначительным, либо отсутствовало.

Для каждого района были построены графики измененш относительной урожайности по годам (начиная с 1971 года). С помощью метода наименьших квадратов подсчитана и проведена ос-редняюдря линия и определены ее угловые коэффициенты Ь, характеризующие либо повышение (Ь>0), либо уменьшение (Ь<0) урожайности. Для районов близко прилегающих к водохранилищу (Кургантепинский, Джалалкудукский, Ходжаабадский) для первого периода Ь>0, а для второго Ь<0. Т.е. налицо тенденция к снижению урожайности хлопчатника в этих районах для периода после заполнения Андижанского водохранилища (рис.2). В хозяйствах, находящихся на значительном расстоянии от водохранилища (Московский, Балыкчинский, Комсомолабадский), наблюдается повышение средней урожайности. Опираясь на эти данные, мы выявили зону влияния водохранилища, которая охватывает территорию в радиусе 30... 40 км. Снижение урожайности хлопчатника в этой зоне составило около 5 ц/га или 17Z, в районах удаленных на 80... 100 км снижения урожайности не наблюдалось.

Выводы, полученные в результате анализа многолетних клима-

'.г :о

■в \б

6*0.0005 О О {1 "*•»>»_< 8=-0.68

( о о ■ ♦ I

-1_ I

-го<?61 78 80 82 **

а.

.У \2

■ 8*0.0055 + • к-±- Т-ч

♦ * к

¿970 72

76 . 78 годы

80 32 84 ¿98

12

- ё=аого л 1. — д л--•-- & л 6*0.020 л д ь Д

д -1- -И—:

7.6

го дм в.

>з

Рис.2 . Изменение средней относительной урожайности

хлопчатника по годам. Районы^а) Кургантепинский; б) Ленинский; в) Балыкчинский.

ических условий Ъкружакщэй среды (температуры воздуха, почвы, оливной воды) и урожайности хлопчатника в Андижанской области одтвердила экспертная оценка специалистов по выращиванию хлоп-атника. В 1936 году авторм был проведен опрос мнения компе-ентных специалистов, в число которых вошли директора совхозов, редседатели колхозов, бригадиры и опытные поливальщики. В каж-ом районе выбирались хозяйства из числа тех, урожайность в ко-орых была стабильной в течении трех последних лет. В каждой из нкет респондентам было предложено проставить соответствующее есто (ранг) каждому из 10 агротехнических факторов (пропашка, рореживание, качество семян, внесение удобрений, полив водой пониженной температурой и др.) по степени их значимости на онечный урожай хлопка-сырца. Статистический анализ и ранжпров-а 53-х заполненных анкет позволил построить гистограмму для аждого из 13-ти райнов области. По результатам расчетов согла-ованность мнений экспертов в районах составила 85... 91.5%.

В Кугантепинском районе фактор влияния температуры поливой воды занял 3-е место. lía первые места эксперты поставили акторы: 1 - подготовка почвы к посеву и 2 - своевременный и ;остаточьом количестве полив. ' В Ленинском районе фактор влия-:ия температуры поливной воды занял лишь 7-е место, а в Бозс-юм районе все респонденты поставили его на последнее место.

Во второй главе изложены задачи, состав и методика исследований, дана характеристика природных условий опытно-произ-юдственных участков, определена их типичность.

Для детального изучения температурного режима почвы при голиве водой'с пониженной температурой наши исследования дели-[ись на два блока: опыты на физической модели борозды и на (пытно-производственном участке. -

При моделировании на поверхности почвенного монолита назвалась борозда треугольного сечения длиной 1.2м и глубиной ). 1 м. Через каждые 10 см до глубины 0. 8 м по оси борозды ус-•анавливались термодатчики электротермометра АМ-29М. Через аждый час фиксировалась температура воздуха, воды в борозде, гачвы (на поверхности и по глубине) и ее влажность по горизон-:ам. Влажность почвы определеляли объемным способом и при по-ющи нейтронного влагомера ВПГР-1. Было поставлено две серии >пытов, в первой полив осуществлялся без сброса (с помощью со-¡удов Мариотта), а во второй - вода подавалась при помощи теп-

лои'золированного шланга с постоянным расходом (0.1 и 0.14 л/с) и температурой (17.. .18°С) с образованием проточности и сброса в конце борозды.

Для проведения производственного эксперимента по определению степени влияния полива водой с пониженной температурой на урожайность хлопчатника был подобран участок, который располагался на территории с/за им. Куйбышева Кургантепинского района на расстоянии 8 км от Андижанского водохранилища. Опытно-производственный участок был подобран исходя из следующих условий:

- близость Андижанского водохранилища;

- возможность одновременного орошения как холодной, так и тещнзй водой;

' - типичность данного участка для почв Андижаской области.

В период наблюдений (1988. ..1990 гг.) на опытно-произ-

и/^ыптпаиш ^ ± пл? полги! иригюхэиДлллЬй оотсра пст^ги-ЮАиплл

климатических параметров. Погодные условия были типичными для данного региона Ферганской долины.

Почвы - типичные сероземы, хорошо освоенные с многолетними служившимися традиционными способами орошения по бороздам. Почвы характеризуются большим содержанием лессовидных фракций и малым содержание гумуса -• 0.3. ..1.57., пористость 49... 557., имеют комковато-глыбистую структуру, легко обрабатываются при проведении полевых работ. По механическому составу почвы сред-несуглинистые. Предельная полевая влагоемкость составляет 28.. .317., максимальная молекулярная влагбемкость 10... 137. обгема почвы.

Изучение водно-физических свойств почвы опытно-производственного участка проводилось по общепринятым методикам. Для качественного описания процессов тепло- и массопереноса в почу ве и получения исходных данных для математической модели в полевых условиях проводились эксперименты по изучению температурного поля почвы при поливе по бороздам, при этом измерялись: объем впитавшейся воды, глубина промачивания, температура воздуха и воды, влажность и тепература почвы по горизонтам в расчетном слое.

В течении трех лет (1988... 1990), на опытно-производственном участке проводились серии опытов с поливом опытных делянок теплой (20...25сС) и холодной (12. ..17°С) водой.

Все агротехнические мероприятия, сроки и нормы полива не

эбеих опытных делянках были идентичными. Различной была только температура поливной воды.

Были-выполнены фенологические наблюдения за развитием растений хлопчатника и проводился подсчет полученного урожая.

Результаты экспериментов обобщались с применением методов математического моделирования и математической статистики. При выборе модели оценивалась ее адекватность экспериментальным да-ным. Проведено теоретическое обобщение полученных результатов. В третьей главе приведены результаты проведенных в 1SS8... 1990 гг. исследований, в которых изучались следующие вопросы:

- влияние орошения водой с различной температурой на тепловой режим корнеобитаемой зоны на физической модели борозды;

- определение тепловых характеристик почвы при поливе по бороздам водой с различной температурой на опытно-производственном участке;

- фенологические наблюдения и определение урожайности при орошении водой с различной температурой на опытно-проиэводс-твенном участке; ■

- определение прогрева поливной воды и технологических параметров распределительных полиэтиленовых лотков.

Опыты на физической модели борозды показали, что при отсутствии проточности прогрев воды в борозде происходил за счет анергии солнца и тепла, аккумулированного почвой. Температура воды в борозде по своему численному значению и амплитуде суточных колебаний незначительно отличается от температуры воздуха, а на глубине 15 см температура почвы в точности повторяет кривую суточных колебаний температуры воздуха и воды в борозде. Разница между температурой воздуха и почвой (15 см) днем (в 16 ч. ) составляла 5... б°С и ночью (4ч.) -0.5... 2°С.

Результаты опытов с проточной водой показали, что разница между температурой почвы (15 см) и воздуха днем (в 16 ч.) составила 16... 18°С и ночью - 3... 4°С, а разница между температурой почвы и воды в борозде была неизменной (1.2. . .3°С) и не зависила от продолжительности полива. Это можно объяснить тем, что при поливе проточкой водой происходит ее постоянная заме- | на. Часть воды, протекая по борозде, "сносит" получаемое из почвы тепло.

Для определения зависимости снижения температуры почвы от расхода воды в борозде нами было проведено более 40 наблюде- '

■"- 12 -

ний. При увеличении расхода воды, подаваемого в борозду в первые сутки полива процесс охлаждения почвы ' на глубине 15 см немного ускоряется, увеличивается степень охлаждения почвы.

По результатам экспериментов, полученных на физической модели борозды, можно сделать, вывод, что на тепловой режим почвы оказывает большое влияние начальная температура воды, подаваемой в борозду, начальная влажность почвы (теплоемкость), расход воды подаваемый в борозду и продолжительность полива. Для проверки полученных результатов эксперименты по оценке влияния полива водой с пониженной температурой на урожайность хлопчатника проводились на опытно-производственном участке.

Было выполнено две серии опытов: в первой - полив хлопчатника теплой водой, во второй - полив водой с пониженной температурой. Вода на опытный участок подавалась различными способами. В первом варианте водоподача осуществлялась из лотка длиной ■ 6 км, проложенному параллельно каналу Шарихансай, далее по временному распределителю в борозды. Во втором вари-' анте вода на делянку подавалась с помощью насосов непосредственно из канала Шарихансай. Температура воды в период вегетации при первом способе водоподачи в дневное время равнялась в среднем 22. ..25°С и 17.. 19°С - в ночное время, при втором -температура воды в течении суток была постоянной - 16... 17°С.

В каждой серии опытов выбиралась делянка шириной в 12 рядков. Для исключения влияния поливов водой с различной температурой между собой обе делянки отделялись 6 рядами хлопчатника.

По мере снижения объема впитывания и увеличения расхода струи, проходящей через данный створ, температура воды снижается, но не опускается ниже температуры воды в голове борозды. Эта закономерность наблюдалась во .всех контрольных створах. Поэтому процесс теплообмена в голове борозды между почвой и водой можно брать • как исходный и считать, что в каждом из створов, через который протекает струя воды с температурой ниже, чем температура почвы будет происходить качественно такой же процесс, но при этом необходимо учитывать прогревание воды по длине борозды. В утренние часы, через сутки посла начала полива, наблюдается четкое распределение температуры почвы по горизонтам. . Независимо, от расстояния от начала борозды, разность температуры между слоями неизменна и -составляет 1°С на пятисантиметровый слой почвы.

- 13 -

На прогрев воды в борозде оказывает влияние высота хлопчатника, его густота стояния и ширина междурядьев. При одинаковых климатических условиях (среднесуточной температуре и влажности воздуха, отсутствии ветра) и температуре воды в голове борозды, результаты наших наблюдений показали, что прогрев по длине борозды зависит от высоты хлопчатника и затененности поверхности почвы. При высоте хлопчатника равной 5... 10 см (затененность поверхности почвы б...15%) прогрев воды в борозде длинною 230 м в дневные часы составлял 12... 17 0 С. При высоте хлопчатника 60. ..70 см (затененность - 85. ..95%) прогрев был ниже в'2 раза. Эти данные хорошо согласуются с результатам полевых экспериментов, проводившихся в лаборатории ИНЭБРАН УзССР.

Нами изучались специфика роста главного стебля и ассимиляционного аппарата хлопчатника в зависимости от температуры поливной воды на опытной делянке. Фенологические наблюдения и подсчет урожайности на опытно-производственном участке согласно методикам СоюзНИХИ проводились в течение 1988... 1990 гг. Всхожесть семян хлопчатника на делянках с теплой водой (т&мпература воды в голове борозды 22... 25°С) (далее первый вариант) была на 12... 15% выше, чем на делянках с поливом водой с пониженной температурой (15...17°С) (второй вариант). В начале июня большую листовую поверхность растения хлопчатника имели в тех вариантах, где делянка поливалась теплой водой. Как показали результаты наших наблюдений, это обясняется тем, что при поливе продолжительностью более суток водой с пониженной температурой происходит снижение температуры корнеобитае-мой зоны на 5... 8°С, в результате чего происходит замедление процессов листообраэования и накопления зеленной массы. Сравнение результатов измерений по длине борозды (длина .борозды -230 м) показало, что из-за разной температуры верхних слоев почвы листовая поверхность хлопчатника в начале борозды на 7... 15% меньше, чем в ее конце.

Обычно полив на опытной делянке начинался с утра и вода добегала до конца борозды в 3... 8 часов утра следующего дня. В это время поверхность почвы имеет минимальную суточную температуру, поэтому разница между водой и почвой составлет 1... 3°С, т. е. не наблюдается резкого перепада температур, вызывающего стрес у растений.

■ Наблюдения за ростом хлопчатника показали, что в июне-июле разница между высотой растений на обеих делянках составляет 5... 10%. Неодинаковая реакция хлопчатника на температурный режим почвы отражается на структуре урожая.

!'"Урожай зависит от количества сохранившихся и раскрывшихся коробочек. В варианте с поливом водой с пониженной температурой коробочек сохранилось на 10. ..177. меньше, чем в варианте с теплой водой. Большое опадение плодозлементов ео втором варианте можно объяснить негативным влиянием на хлопчатник низкой температуры поливной воды ("стресовая ситуация").

Запаздывание в раскрываемости в варианте с поливом водой с понйженной температурой составляет от 8 до 17 дней. Со-' поставляя сроки созревания коробочек и данные наблюдения за температурой воздуха (метеостанция "Савай"), выявлено, что чем ниже средняя температура воздуха, тем на больший период растягивается созревание в варианте с поливом холодной водой, так как хлопчатнику при поливе' водой .с пониженной температурой •требуется большая сумма температур, чтобы догнать в созревании коробочки хлопка-сырца первого варианта полива.

• Средняя урожайность на делянке с поливом теплой водой для 1988... 1930 гг. составила 25.1 ц/га. Ео втором варианте (полив водой с пониженной температурой) эта величина составила 20. О ц/га, разница в средней урожайности хлопчатника составила 5.1 ц/га, или '20.17., что согласуется с осредненными многолетними данными о снижении урожайности хлопчатника в • хозяйствах, использующих для полива холодную воду (см. гл. I). Необходимо отметить, что при поливе водой с пониженной температурой (второй вариант) снизилась количество I и II сбора от общей доли урожайности урожайности хлопчатника (55,67.), в первом варианте полива эта цифра достигла 80.5% от общего валового сбора. Это в свою очередь сказалось на качестве хлопко-волокна (табл. 1). Полученные результаты показали, что качество волокна, полученного в варианте с поливом теплой водой (первый вариант) выше, как по длине, так и по нагрузке на разрыв. Это обясняется тем, что созревание коробочек во-втором варианте запаздывало как минимум на 10 дней, и поэтому по сравнению .с первым вариантом они недополучили необходимое количество тепла, от которого зависят технологические свойства волокна.

Статистическая обработка результатов урожая хлопчатника в.

.Формирования структуры урожая хлопчатника на опытно-производственном участке

№ Сорт Седняя Среднее Формирование Сред- Бало- Длина Метри- Прочность

Год и высота коли-во плодоэлементов няя вал воло- ческий волокна

И: вари- хлопчат- симподи- масса уро- кна номер

анта ника, альяых ОСкэе Число коро- жай- волок-

экс- см . ветвей число сохранив- бочки ность

пери- _____1____ ____1____ шихся с 1га

1 1

мента 1.07 :1.оз 1.0711.03 ШТ. 1 шт. —— 1 —

шт. 1 пгг. ! % — — грамм ц/га мм -

1. 1983

2. 1989

3. 1990

1С8-Ф а 27.5 б 25.0 103-Ф а 23.5 б 22.0 Таскент-1 а 26.5 б 24.0

46.4

46.0

44.1 44.1

48.6

48.5

7.2 6.1

13.0 11.7

68.0 57.8

14.6 12.2

21.4 21.1

5.7

5.8

25.1 20.0

32.9 32.2

8.2 17.0 7.0 14.3

8.6 7.1

15.9 13.9

63.1 14.5 53. 6 12.3

23.0 22.9

6.0 6.1

24.4 19.8

5513 5502

74.7 16.3 21. 7 5. 6 25. 8 30.0 5490 63.5 14.0 22.0 5.6 20.1 29.5 5455

30.2 5380 29.6 .5325

4.8 4.2

4.5

4.0

4.7

4.1

СП

Примечания: 1. Вариант опыта : а - полиз теплой водой; б - полив водой

с пониженной температурой.

2. данные рассчитаны как средние по длине борозды.

3. В таблице представлены данные осредненные согласно методике СовзНИХИ /1981/.

' - 16 -

198S._. Л9Э0 гг. показала, что точность опыта (отношение ошибки к среднему результату) для трех лет лежит в пределах 2..'. 5Х.

Параллельно с этими исследованиями изучался вопрос прогрева поливной воды до подачи ее на поле, в частности, прогрев воды в резервуарах и в проточных чеках. Исследования показали низкую эффективность этого способа, кроме того он имеет ряд существенных недостатков. На нагревание 1 куб. м воды на 5°С необходимо затратить 2.1*10"8 Дж тепла, или 58.2 Квт. час электроэнергии. Для прогрева за счет солнечного излучения в течении суток объема воды (методом водооборота), равного поливной норме - 800 куб. м, необходим резервуар размерами 20... 40 кв. и и глубиной 0.1... 0.15 м (глубина резервуара должна быть небольшой, так как основной приток тепла идет только за счет солнца). При устройстве резервуаров с таким способом прогрева воды коэффициент земельного использования (КЗИ) сократится до 80Х, кроме того увеличатся потери на испарение с водной поверхности и на глубинную фильтрацию (общие потери , составят 20.. 257. от поливной нормы).

При применении рисовых чеков, кроме потерь воды возникают сложности при увязке различных культур в севообороте, увязке •сроков и норм полива таких разных культур, как рис и хлопчатник, овощи. Шэтому прогревводы в резервуарах и проточных рисовых чеках нам' представляется не целесообразным.

Для снижения отрицательного воздействия полива водой с . пониженной температурой на урожайность хлопчатника нами был рассмотрен способ водоподачи воды.в борозду с помощью полиэтиленовых лотков и труб. В литературе описано немало исследований, в которых рассматривались такие способы водоподачи, но отсутствуют данью по прогреву воды при движении по лоткам, трубам и борозде.

Применение распределительных полиэтиленовых лотков (ПЛ) с калиброванными отверстиями кроме дополнительного прогрева воды . по длине имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным ручным вододелением. При внедрении ПЛ достигается высокая степень равномерности распределения воды между бороздами, строго нормируется расход в голове борозды, обеспечивается высокая надежность при эксплуатации. При равномерном распределении поливных струй в борозды можно получить одинаковое увлажнение по всему полю, одновременное добегание воды в конце борозды, сок- . -

>атить "время полива, что особенно ааяно при поливе водой с по-шженной температурой, а также уменьшить сброс воды с поля.

При исследовании прогрева поливной воды в распределительных полиэтиленовых лотках (ПЛ) нами изучались несколько их ти-юв: гладкостенные с диаметром 65 и 110 мм, гофрированные с щаметром 220 и 250 мм. Эксперименты показали, что в ПЛ вода фогревается в полтора-два раза сильней чем трубопроводах. Это объясняется тех«, что контакт с приземным воздухом и прямое зоздействие солнечных лучей прогревают воду в лотке быстрее. Зээтому в дальнейшим мы изучали прогревание воды в распределительных лотках. ■

Полиэтиленовые гофрированные лотки (ПГЛ) по сравнению с гладкостенными имеют ряд преимуществ. Они легче в два раза, за ;чет того что ПГЛ имеют гофры их легко соединять между собой укладывая несколько концевых гофр С 4... 5 шт.) друг на друга, а цля исключения просачивания воды из стыков достаточно уложить на соединяемый участок гофр небольшое количество влажного грунта и слегка прижать место стыковки металическнми шпильками. За счет соприкосновения между верхним и нижним отрезком нескольких зубцов гофр, возникало хорошее сцепление стыкоз.

ПГЛ укладывается на поверхность почвы поперек борозд, укрепляется с помощью нескольких металлических шпилек, изготовленных из металлической проволки d = 0.3... 0. 5 см и длиной 15... 20 см. Прогрев воды в ложе ПГЛ происходит за счет энергии солнца, чему способствует черная поверхность лотка и за счет прогрева снизу от нагретой поверхности почвы (60. ..65°С в дневные часы) и с боков горячим приземным слоем воздуха (35... 45°С). Ео временных оросителях такого дополнительного притока тепла нет, т.к. длительный контакт воды (более 20 часов) охлаждает подстилающие слои почвы.

Программой экспериментов предусматривалось наблюдение за температурой воды по длине распределительного лотка с отбором воды в борозды и с холостым прогоном. Результаты наблюдений показали, что если по длине распределительного лотка (100... 120 м) не происходит отбора воды в борозды, то на сбросе лотка, через час после начала полива (11 часов) температура воды достигала 20. ..24°С (температура в голове лотка 17°С). Если по длине распределительного лотка происходит раздача воды в бо-

розды и постепенное уменьшение расхода, то в конце лотка вода ' нагревалась до 25. ..30°С, т.е. при уменьшении расхода струя получала больше тепла. . Такая же картина наблюдалась во время ночных поливов.

Результаты гидравлического расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Примерная длина поливных борозд и рекомендуемые диаметры отверстий в полиэтиленовом гофрированном лотке (ПГЛ)

. Еодопрони-! ! Длина ¡'Диаметр ! Расход полив-

цаемость I Уклон1 I поливных I отверстий, I ной струи, ! ! борозд, м I мм I л/с

0. 020.. . 0. 020 . 60.. .80 . 10.. .12 1---- —' 0.10. .0.12

повышенная- 0.020.. . 0.010 80.. .100 . П.. .14 0.12.. .0.15

0. 010.. .0.005 100.. .120 15.. .20 0. 20.. . 0. 22

0.005.. .0.001 100.. .120 18.. .22 0.22.. .0. 25

0.030.. . 0. 020 75.. .100 8.. .10 0. 08.. .0.10

средняя 0. 020.. . 0. 010 100.. .150 10.. .12 0.10... .0.12

0. 010.. . 0. 005 150.. .200 11.. .15 • 0.12.. .0.17

0. 005.. .0.001 175.. .200 15.. .20 0.17.. .0. 22

0.030.. . 0.020 90.. .120 8.. .10 0.08.. .0.10

пониженная 0.020.. . 0. 010 120.. .180 11.. .15 0.12.. .0.17

0.010.. .0.005 180.. .200 15.. .20 0.17.. .0.22

• 0.005.. .0.001 200.. .250 17.. : гг 0. 22.. .0. 25

Црим. При расчетах были использованы данные Г. Е ПМнкина /1984/.

Полученные результаты дают основание сделать вывод, что применение полиэтиленовых лотков наряду с технологическими ' преимуществами полива (экономия ручного труда и поливной воды) дает эффект прогрева холодной поливной воды до ее поступления в поливную борозду.

В четвертой главе опысыгается математическая модель процессов тепло- . и массопереноса при поливе водой с пониженной -

емпературой, приведены результаты и примеры расчетов по моде-и с экспериментальными данными.

Изменяя величину и направленность потоков влаги, можно ¡амедлять или интенсифицировать процессы движения тепла, воз-[уха, элементов питания, то есть регулировать тепловой, пище-юй и воздушный режимы почвы косвенно - посредством управления юдным режимом.

Большие исследования в этом направлешш были проведены колой А. В. Лыкова, А. Ф. Чудновского, С. К Нерпина, А. И. Якобса и Фугими. Разработанные модели описывают одномерный процесс :епло- и влагопереноса в почве, но при поливе по бороздам пе-)енос влаги, а значит и тепла происходит при наличии бокового >астекания, отдачей части тепла водной струе и переносом ее на шкоторое расстояние вниз по борозде и т.д. Эти условия данные ¿одели не учитывают. Поэтому мы попытались решить некоторую 1асть этой сложной задачи и используя полученные экеперемзн-гальные данные, описать процессы тепло- и массоперноса при по-аиве водой с пониженной температурой.

Под руководством А. И. Голованова нами в качестве первого цжближения была разрабоганна одномерная математическая модель геплопереноса на фоне впитывания влаги в почву, в которой поле температур рассчитывалось путем интегрирования уравнения теп-яопередачи методом конечных разностей. Для расчета влажности гачвы и скоростей движения почвенной влаги было использований ранее полученное А. И. Головановым решение уравнения влагопере-юса. В расчетах использовалась и "четырехточечная" схема, а также схема Кранка-Нпколсона для апроксимации второй производной температуры по координате. Для рассмотренных задач они давали близкие результаты.

Разработанная модель, несмотря на допущения, позволяет зценить снижение температуры почвы при поливе холодной еодой, а также поток тепла из почвы вверх, идущий на нагревание поливной струи. Отметим, что. неучет этих тепловых потерь существенно занижает охлаждение почвы при поливе.

Была выполнена серия расчетов температурного поля и потерь тепла с помощью описанной выше математической модели, результаты которых позволили, преобразовав теоретические зависимости, получить приближенные формулы для оценки снижения температуры в почвенном слое (несколько превышающем глубину

промачизанил) в конце полоша и кондуктивных потерь тепла на нагревание поливной воды.

Пример использования полученных формул: Проведем полив нормой М=5 см за время 1=20 ч; Л = \К/\{Е= 1.12, начальная температура почвы 0о=г4°С, температура поливной воды 0&=17°С, пористость почвы т=0.5, начальная гласность и)м =0.25, теплоемкость скелета почвы Сек = 0.4, кал/(куб. см*град), теплоемкость воды Са = 1 кад/(куб. см*град). Определим снижение температуры почеы в верхнем слое 2= 25 см. В конце полива его средняя влажность составит =0,45 , что меньше пористости.

Расчетная влажность почвы: ' = *0,67-(т-иХ)--0///Г

Расчетная теплоемкость почвы £ = Сс,У/-т) С&-и>Р = О.б/Г 'кал/ шг Расчетйая теплопроводность Л + <0,Ъ -&0Р =в, М ка*/с„.ч гр*<? ' Кондуктивные потери тепла почвой через ее поверхность:

^оМвгв^С^/Ч^'. /23.63

Снижение температуры 25 сантиметрового слоя почвы в конце по- • лива будет равно

№ а *

-- т х

Интересно, что если не учитывать потери тепла на нагревание поливной воды и тепловое взаимодействие с подстилающими слоями, в данном случае уменьшающем охлаждение почвы, и рассчитать снижение температуры почвы только за счет ее увлажнения холодной водой, тогда получим снижение температуры существенно меньшее, чем с учетом потерь тепла на нагревание полизной воды

аоп к-с«>„)е$-£ м-& 7Р г • г г (4 ) Ь'Ь^е '

где Сс«

Анализируя расчеты, следует иметь в виду постановку рассмотренной здесь задачи: предполагается, что полив осуществляется сплошным затоплением, и что слой воды постоянно движется так, что в рассматриваемой точке температура воды остается постоянной. Тепло, полученное водой за счет контакта с почвой, "сносится" вниз по течению. Еместе с тем, сравнение их с данными, полученными на физической модели борозды и на опытно-производственном участке показало хорошую сходимость.

- 21 -

В пятой глгшо обосновываются агротехнические --п И рекомендации по соверггенстзованиго технологии орог-лэ-мекившихся условиях хозяйствования (ухудшения каченной воды); приведены технико-экономические локазате.-р-л-ятий по снижению негативного влияния ороаения холоду.

ЕИВОДЫ И РЕКШЕНДЛЩгИ.

1. Ввод з эксплуатацию Андижанского водохранилгллся причиной того, что в нижний бьеф стала поступать осиная вода с температурой 7... 12°С. Содержание микроэлементглг.э-вых фракций в воде снизилось на 60... 80Х по сравнениерР'Л до ввода водохранилищ. '

2. Исследования показали, что вода з ороситольнс сьт'Л старшего порядка (Ж, 3£<Р) прогревается пс-экачительчо ^С г.з. 40 юл длины какала) и величина прогрева поды зависит 0' гидравлических параметров канала (скорость, глубина, расх;. ос-ветленность воды й др.). Подогрев поды п крупных кагпзх и оросителях до оптимальной температуры (20. ..24°С) энергией практически невозможен.

3. Установлено что снижение температуры окружз^ще. среди сказывается на качестве и количестве урожая хлопчатника Ста.-тистическаз обработка и анализ данных температуры воздуха, воды в оросительной сети и урожайности хлопчатника в Андижанской области позволили определить, что зона влияния водохранилищ охватывает территория в радиусе 30... 40 км. Снижение урожайности хлопчатника в этой зоне составило около 5 ц/га или 17%; в. районах, удаленных на 80. ..100 км от водохранилища снижение урожайности за этот период не наблюдалось.

4. На физической модели борозды определено, что при постоянной подаче еоды с температурой около 17°С через сутки после начала поливе температура верхних слоев почвы скитается на 15... 18 С. Продолжительность прогрева корнеобитломой зоны до оптимальной увеличивается на 5...7 дней, по сравнению с поливом теплой водой (22. . .25°С). В зависимости от расходз, подаваемого в борозду, изменяется температура почвы. При увелстении расхода с 0.1 л/с до 0. 5 л/с снижение температуры корнеобитае-

. мой зоны в первые сутки полива увеличивается на 2071.

5. На опытно-производственном участке при поливе водой с пониженной температурой (17°С) через сутки после начала полива

' гра корнеобитаемой зоны по всей длине борозды снизи-•5. ..8 С по сравнению с поливом теплой водой (22°С). То те хлопчатника 60... 70 см прогрев по длине борозды с, Б 2 раза.

При поливе водой с пониженной температурой на 8... 15 ДЛличдааэтся сроки созревания урожая хлопка-сырца. Сни-*5)олзЯности пЬ'И поливе зодой с пониженной температурой в ср<для трех лет наблюдений (1958. ..1990 гг.) составило 5 11/дцщ более 20% от средней урожайности, чем в варианте с

по„; теплой юдой.

Полив водой' с пониженной температурой сказался на ка-чесгсоСр-нного уролл. Доля I и II сбора для трех лет сос-г22;-ф;д. s* против £0.57, при поливе теплой водой. Это в. свою очер/ сказалось на технологических и физико.-'химических' ка-чецтзз волокна - снизилась длина и прочность на разрыв.

.-' £ При испольгог-.чппи полиэтиленовых распределительных логкон с калиброванными отверстия!.-;: имеете выводных борозд, кроу.:- р&ккуцоств в технологии полиса наблюдается прогрев во-ко^рый составляет 2.. .4°С на 10 м длины лотка. 1С; Разработан способ расчета снижения температуры почвы пРи .Мпше холодной водой на основе математического моделирования процесса влаго- и тешюпереноса.

Рекомендации по снилвкию негативного елияния полива водой с пониженной температурой включает в себя следующие мероприятия: •

1. Рекомендуется перейти на вь-ращивание скороспелых сортов хлопчатника, таких как - АН-Еаяут-2, у которого вегетационный период от всходов до созревания 128.'. .130 дней, средняя урожайность хлопка-сырца - 40... 45 ц/rá, ' Киргизский-3 - вегетационный период 126...123 дней, средняя урожайность 35 ц/га, Ташкент-1 - вегетационный период 135. ..138 дней, средняя урожайность 43.6 ц/га; Сергана-3 - вегетационный период 130. ..141. дней, средняя урожайность 37. 5 ц/га.

2. Необходимо изменить технологию орошения хлопчатника, т.е. проводить поливы малыми поливными струями (расход в голо-Ее борозды менее 0.3 л/с), уменьшить поливные нормы до 600 ... 700 куб: м/га и снизить продолжительность поливов на 20. ..25%.

3. Применяя гофрированных полиэтиленовых лотков с калиброванными отверстиями, можно обеспечить строгое нормировг^-

хода поливкой струи в.'голове каждой борозды, Зто позеолит мсить производительность труда на поливе и прогреть воду на . 4°С на 10 п. м лотка.

Народнохозяйственный эффект от внедрения Г0фр»ф0ванных кэтилэновых лотков на 100 га посевной площади хлопководства [ поливе водой с пониженной температурой равен 45.4 тыс. ¡лей. Учитывая.; что только в трех районах Андижанской облас-(Кургантепинском, Джалалкудукском,. Ходжаабадском) под хлоп-'ник вакято около. 30 тыс.' га, внедрение' данных предложений и ¡омендаций може.т дать, народнохозяйственный эффект свыше 13.5 !. рублей (в ценах 1988 года).

Основные результаты исследований опубликованы в следующих ютах: ■ .

• 1. К вопросу о влиянии темшратуры. поливной воды в мелио-■ивной сети на урожайность хлопчатника. //Регулирование зод-'о режима дренированных минеральной почв: Тр ЛитСХА..- Кзу-:: 1087. - с. 72. В соавторстве с А. П. Полад-заде.

2. Формирование теплового .режима почвы .при поливе по юздам водой с . пониженной температурой //Тезисы докладов »союзной научно-технической конференции "Повышение эффектив-:ти использования водных ресурсов в сельском хозяйстве", Л, HI2/DL - Новочеркасск: 19SS. - 283 с. В соавторстве с L Головановым:

3. Температурный режим почвы при поливе водой с понижэн-t температурой //Комплексное мелиоративное регулирование:

■ МГМИ - М. : 1989. - 164 с. В соавторстве с А. И. Головановым.

4. Выявление значимых агротехнических факторов, влияющих формирование урожая хлопчатника //Вопросы освоения предгор-: склонов и пути улучшения мелиоративного состояния старопа-•ных земель: Тр. ТЖИМСХ. - Ташкент:' 1983, вып. 130. - 129 В соавторстве с И. А. Кадыровым и X. Уриновым.